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Nanomaterialien in der Landwirtschaft

Welche Möglichkeiten gibt es, Nanotechnologien in der Landwirtschaft einzusetzen und werden sie tatsächlich angewendet? Welche Chancen und Risiken können damit verbunden sein?


Wie in anderen Bereichen schreitet auch in der Landwirtschaft die Entwicklung von nanotechnologischen Anwendungen voran, vor allem bei Pflanzenschutzmitteln wie Insekten- oder Unkrautvernichtungsmitteln. Möglich ist hierbei der Einsatz in Form von Nanokapseln, Nanohüllen oder Nanoemulsionen. Zudem sollen Nanomaterialien, die den Mitteln als Hilfsstoffe zugesetzt werden, den jeweiligen Wirkstoff unterstützen oder sie könnten selbst der Wirkstoff sein. Außerdem wird daran gearbeitet, Substanzen wie beispielsweise Pflanzenschutzmittel in Nanogröße herzustellen. Ein weiterer Ansatz sind Nanosensoren, die direkt in die Pflanzen eingesetzt werden. Sie könnten ein Signal auslösen, wenn ein Befall mit Schädlingen oder Wassermangel auftritt.

Foto: www.pixabay.com

Im Zusammenhang mit der Anwendung von Nanomaterialien in Pflanzenschutzmitteln wird häufig von „Nano-Pestiziden“ gesprochen. Eine einheitliche Definition des Begriffes gibt es bisher nicht. In der Literatur werden darunter auch solche Pestizide mit Inhaltsstoffen verstanden, die größer sind, als es die Definition von Nanomaterialien der Europäischen Kommission vorsieht. Daher wird nach Informationen des Projektes DaNa4.0 vorgeschlagen, die Definition auf Pflanzenschutzmittel mit Nanomaterialien zu erweitern, die bis 1.000 Nanometer groß sind und darauf beruhende Eigenschaften haben. Die Bezeichnungen „Pestizid“ und „Pflanzenschutzmittel“ werden häufig gleichbedeutend verwendet. Nach der rechtlichen Definition gehören zu den Pestiziden sowohl Pflanzenschutzmittel als auch Biozidprodukte.

Chancen und Risiken

Nanomaterialien in Pflanzenschutzmitteln zu verwenden, könnte nach Ansicht von Forschern dazu beitragen, dass diese Substanzen gezielter, kontrollierter und sparsamer angewendet werden. Auf diese Weise könnten sie zu einer Entlastung der Umwelt beitragen. Auf der anderen Seite rechnen Experten damit, dass künftig mehr Nanomaterialien in die Umwelt gelangen, weil ihre Anwendung in Pflanzenschutzmitteln und anderen Agrochemikalien zunehmen wird. In dem Fall kann es zu einer stärkeren Belastung von Böden und Gewässern kommen

Um Nutzen und Risiken dieser Nano-Anwendungen einschätzen zu können, sind weitere Untersuchungen notwendig. Dazu, wie sich Nanomaterialien in der Umwelt verhalten, sind noch immer viele Fragen offen. Zudem ist zu klären, ob und welche gesundheitlichen Effekte auftreten können, z. B. durch mögliche Rückstände von Nano-Pflanzenschutzmitteln in Lebensmitteln. Um die Sicherheitsbewertung von Nanomaterialien in Pflanzenschutzmitteln und bei anderen Anwendungen im Lebens- und Futtermittelbereich zu verbessern, hat die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) entsprechende Leitlinien herausgegeben und aktualisiert, zuletzt 2018.
 

Foto: www.pixabay.com

Pflanzenschutzmittel müssen zugelassen werden, bevor sie auf den Markt gelangen. Dabei gibt es hier bisher noch keine speziellen gesetzlichen Regelungen zu Nanomaterialien. Daher ist beispielsweise eine Kennzeichnung nicht vorgeschrieben. Anders sieht es bei Biozidprodukten aus, die ebenfalls eine Zulassung durchlaufen müssen. Hier legt die Biozid-Verordnung fest, dass Nanomaterialien in den Produkten entsprechend zu kennzeichnen sind. Auch die Verwendung von Nanopartikeln als Hilfsmittel in Düngemitteln muss nach der deutschen Düngemittelverordnung gekennzeichnet werden.
 
Aus diesen Gründen ist es schwierig, einen Überblick zu bekommen, ob und welche Pflanzenschutzmittel Nanomaterialien enthalten, und ob diese Produkte am Markt erhältlich sind. Das Umweltbundesamt sieht es jedoch als „sehr wahrscheinlich an“, dass Nanomaterialien bereits in Pflanzenschutzmitteln eingesetzt werden. Der Bund für Umwelt und Naturschutz (BUND) weist ebenfalls darauf hin, dass genaue Daten zum Einsatz von Nanomaterialien in Pflanzenschutzmitteln bisher nicht bekannt sind. Die Organisation hat in ihrer Broschüre über Nanotechnologien im Lebensmittelsektor Informationen über Pflanzenschutzmittel und andere Agrochemikalien mit Nanomaterialien zusammengestellt, die zwar nicht in Deutschland, jedoch auf dem internationalen Markt angeboten werden. Zudem können möglicherweise Produktregister oder Datenbanken Auskunft geben.

Nano-Anwendungen

Nanokapseln können dazu dienen, Pflanzenschutz- oder Düngemittel zu „verpacken“. So können sie direkt zum Zielort transportiert und dort freigesetzt werden, um ihre Wirkungen zu entfalten. Diese Nanokapseln sind aus nanoskaligen Strukturen aufgebaut, beispielsweise aus Silizium.

Foto: www.pixabay.com

Ähnlich wie Nanokapseln funktionieren Nanohüllen, bei denen Wirkstoffe oder Saatgut mit einem dünnen Film überzogen werden. Sie werden dadurch geschützt, können zielgerichteter wirken und im Falle des Saatgutes beispielsweise dazu führen, dass ein größerer Teil der ausgebrachten Samen keimt. Mithilfe von Nanoemulsionen könnte sich die Löslichkeit und Verteilung der Wirkstoffe aus Pflanzenschutz- oder Düngemitteln verbessern lassen.

Als nanoskalige Hilfsstoffe können z. B. Nano-Titandioxid oder Nano-Zinkoxid in Frage kommen. Sie können als sogenannte Photokatalysatoren wirken, die zusammen mit der UV-Strahlung bestimmte Reaktionen beschleunigen. Oder sie sorgen als Trägerstoffe dafür, dass die Wirkstoffe aus Pflanzenschutz- oder Düngemitteln langsamer und kontrollierter freigesetzt werden. Diese Funktion erfüllen auch nanoskalige Liposomen. In Düngemitteln können nanoskalige Zeolithe dazu beitragen, dass die Nährstoffe besser im Boden gespeichert werden. Einige Nanopartikel wie Silber, Kupfer oder Titandioxid können aufgrund ihrer keimtötenden Wirkungen selbst als Wirkstoffe in Pflanzenschutzmitteln verwendet werden, sofern die Wirkstoffe auf EU-Ebene genehmigt sind.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit für Nanomaterialien ist die Reinigung von Böden. Hier können beispielsweise Nano-Eisen, Nano-Eisenoxid oder Titandioxid eingesetzt werden, um Schadstoffe zu binden oder ihren Abbau zu fördern. Noch zu klären ist, inwieweit damit negative Auswirkungen auf die Bodengesundheit verbunden sind.



Mehr erfahren

Ausführliche Informationen zu Nanomaterialien im Bereich Lebensmittel und Landwirtschaft bietet die BUND-Broschüre "Aus dem Labor auf den Teller“. Dr. Rolf Buschmann vom BUND beschreibt im Interview, wie Nanotechnologien und Umweltschutz miteinander vereinbar sein können.  

Umweltaspekte und rechtliche Regelungen zu Nanomaterialien in Pflanzenschutzmitteln erläutert das Umweltbundesamt in der Broschüre "Nanomaterialien in der Umwelt".

Die Frage, ob Nanosilber in Düngemitteln eingesetzt wird bzw. wurde, beantworten wir in dieser Verbraucherfrage.

Welche Wirkungen von Nanomaterialien auf die Umwelt bekannt sind und wo Forschungsbedarf besteht, haben wir in dem Artikel zum Thema für Sie zusammengestellt.

Welchen Einfluss nanomaterialhaltige Pflanzenschutzmittel auf bestäubende Insekten haben könnten, haben Wissenschaftler des Projektes DaNa2.0 näher unter die Lupe genommen.

(Dezember 2020)


Noch mehr Fragen und Antworten finden Sie in der Übersicht.
 

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